1858
.pdf
11 |
|
3.3. Определение фактора обтекаемости |
|
Фактор обтекаемости W, кг/м, рассчитывают по формуле |
|
W = K F , кг/м, |
(3.16) |
где К – коэффициент обтекаемости, кг/м3 (Н с2/м4); F – площадь Миделя, м2.
Коэффициент обтекаемости приведен в табл. 3.4 [3]. |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.4 |
|
Коэффициент обтекаемости АТС различных типов |
|
|
||
|
|
K, кг/м3 |
|
|
Тип АТС |
|
|
||
Легковые автомобили |
|
0,20 |
÷ 0,35 |
|
Автобусы капотной компоновки |
|
0,45 |
÷ 0,55 |
|
Автобусы вагонной компоновки |
|
0,35 |
÷ 0,45 |
|
Бортовые грузовые автомобили |
|
0,50 |
÷ 0,70 |
|
Фургоны |
|
0,50 |
÷ 0,60 |
|
Цистерны |
|
0,55 |
÷ 0,65 |
|
Автопоезда |
|
0,85 |
÷ 0,95 |
|
Площадь Миделя – лобовую площадь, равную площади проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную его продольной оси F, м2, для грузовых и легковых АТС соответственно, приближенно можно определить по фор-
муле |
|
F = Bг Нг , м2; |
(3.17) |
F =α Bг Нг , м2, |
(3.18) |
где Bг – габаритная ширина АТС, м; |
|
Нг – габаритная высота АТС, м;
α– коэффициент заполнения площади. Коэффициент заполнения площади α = 0,8 [6].
12
3.4. Выбор КПД трансмиссии
КПД механической трансмиссии ηтр принимают в зависимости от типа АТС и типа главной передачи (табл. 3.5) [5].
|
|
|
|
Таблица 3.5 |
|
КПД механической трансмиссии |
|
||
|
|
|
|
|
Легковые АТС |
Грузовые АТС и автобусы |
Много- |
||
классической |
Передне- |
с одинарной |
с двойной |
приводные |
компоновки |
приводные |
главной |
главной |
АТС |
|
|
передачей |
передачей |
|
0,92 |
0,95 |
0,9 |
0,86 |
0,84 |
3.5. Выбор частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности
Для построения внешней скоростной характеристики двигателя необходимо также задать частоту вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности nN, об/мин (табл. 3.6) [5].
|
|
|
Таблица 3.6 |
Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности для |
|||
|
двигателей различных типов |
|
|
|
|
|
|
Бензиновые двигатели |
Дизели |
||
легковые АТС |
грузовые АТС и |
легковые АТС |
грузовые АТС и |
|
автобусы |
3500 ÷ 4600 |
автобусы |
4500 ÷ 6000 |
3000 ÷ 4600 |
2000 ÷ 3200 |
|
3.6. Выбор шин и определение радиуса колеса
Размер шин и радиус колеса выбирают по соответствующему стандарту в зависимости от наибольшей нагрузки на колесо и максимальной скорости движения автомобиля.
Нагрузку на одно колесо моста Pk , кг, рассчитываем по формуле
13
Pk = |
|
M i |
, |
(3.19) |
|
Zi |
|||
|
|
|
|
|
где M i – нагрузка на мост, кг; Zi |
– число колес на мосту. |
|
||
Затем, с учетом заданной максимальной скорости движения АТС, по ГОСТ 4754-97 и ГОСТ 5513-97 выбирают параметры шин: обозначение, статический радиус, максимально допустимые нагрузку и скорость.
В дальнейших расчетах динамический радиус колеса и радиус качения принимают равными статическому радиусу.
14
4. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ
4.1. Расчет внешней скоростной характеристики двигателя
Скоростной характеристикой двигателя называют графическую зависимость эффективной мощности, крутящего момента, часового и удельного расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала.
Различают внешнюю (при полной подаче топлива) и частичные скоростные характеристики. Внешняя скоростная характеристика является основой для оценки тягово-скоростных и ряда других эксплуатационных свойств.
Если мощность двигателя не определена техническим заданием, то ее находят по максимальной скорости или по удельной мощности, сопоставляя характеристики проектируемого АТС и существующих аналогов-прототипов.
4.1.1.Определение мощности двигателя, необходимой для движения АТС
смаксимальной скоростью
Мощность двигателя, необходимую для движения АТС с максимальной скоростью Nv , кВт, определяем по формуле
Nv = |
M a g f Vmax |
+ |
W Vmax3 |
, кВт , |
(4.1) |
|
1000 ηтр |
||||
|
1000 ηтр |
|
|
||
где g – ускорение свободного падения, м/с2; f – коэффициент сопротивления качению;
Vmax – максимальная скорость движения АТС, м/с. Ускорение свободного падения g = 9,81 м/с2.
Коэффициент сопротивления качению f, при движении с максимальной скоростью (Va > 15 м/с) определяем по формуле
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||
f = |
f0 |
|
|
|
Vmax |
|
, |
(4.2) |
|
1 |
+ |
|
|
|
|||||
1500 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
15
где f0 – коэффициент сопротивления качению для скоростей движения
Va <15 м/с.
КоэффициентсопротивлениякачениюдляскоростейдвиженияVa <15 м/с: [5]
–для легковых АТС и автобусов f0 = 0,015.
–для грузовых АТС и автопоездов f0 = 0,02.
4.1.2. Определение максимальной эффективной мощности двигателя Максимальную эффективную мощность двигателя Ne max , кВт, рассчитываем
по формуле
Ne max = |
|
|
|
|
Nv |
|
|
|
, |
(4.3) |
a |
n |
v |
+b |
n2 v |
−c |
n3v |
|
|||
|
nN |
n2 N |
n3 N |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
где a, b, c – коэффициенты Лейдермана, зависящие от типа и конструкции двигателя;
nv – отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при nN
максимальной скорости к частоте при максимальной мощности. Коэффициенты Лейдермана а, b, с для двигателей без ограничителя мак-
симальной частоты вращения коленчатого вала (малофорсированные бензиновые двигатели) определяют по формулам
a = 2 − |
25 |
; |
(4.4) |
||||
|
|
|
|||||
|
|
|
M з |
|
|||
b = |
50 |
|
−1 ; |
(4.5) |
|||
|
|
||||||
|
M з |
|
|||||
c = |
|
25 |
, |
|
(4.6) |
||
|
|
||||||
|
|
M з |
|
||||
где Мз – запас крутящего момента, %.
Запас крутящего момента определяют по формуле
M з = |
M e max −M N |
100 = (KМ −1) 100 , |
(4.7) |
|
|||
|
M N |
|
|
16
где КМ – коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту. Коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту рассчитывает-
ся по формуле
КМ |
= |
M e max |
, |
(4.8) |
|
||||
|
|
M N |
|
|
где M e max – максимальный крутящий момент двигателя, Н м; M N |
– крутящий |
|||
момент двигателя при максимальной мощности, Н м.
Для двигателей с ограничителем максимальной частоты вращения коленчатого вала (все дизели и высокофорсированные бензиновые двигатели грузовых автомобилей и автобусов) коэффициенты Лейдермана a, b, c рассчитываются по формулам:
a =1 − |
M з Kn (2 − Kn ) |
; |
(4.9) |
||||
|
100 (Kn −1)2 |
|
|
||||
b = 2 |
M з Kn |
|
; |
(4.10) |
|||
100 (Kn −1)2 |
|||||||
c = |
|
M K 2 n |
, |
|
|
(4.11) |
|
з |
|
|
|||||
100 (Kn −1)2 |
|
|
|||||
где Кn – коэффициент приспосабливаемости двигателя по частоте. Коэффициент приспосабливаемости двигателя по частоте определяется
по формуле
Kn = |
nN |
, |
(4.12) |
|
nМ |
||||
|
|
|
где nN – частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощ-
ности, об / мин; nМ – частота вращения коленчатого вала двигателя при макси-
мальном крутящем моменте, об / мин.
Поскольку для двигателей проектируемых АТС значения этих параметров отсутствуют, предлагается воспользоваться имеющимися данными [5]:
– у бензиновых двигателей Км =1,10 ÷1,35; Кn =1,5 ÷2,5;
– у дизелей Км =1,10 ÷1,15; Кn =1,45 ÷2,0.
17
После определения коэффициентов Лейдермана необходимо проверить полученные значения на соответствие условию
a +b −c =1.
Если данное условие выполняется, то коэффициенты рассчитаны верно. Отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при макси-
мальной скорости к частоте при максимальной мощности [5]:
– у дизелей |
nv |
=1 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
nN |
|
|
|
|
|
||
– у бензиновых двигателей без ограничителя |
|
nv |
|
=1,2 ; |
||||
|
nN |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
– у бензиновых двигателей с ограничителем |
nv |
|
= 0,9 . |
|||||
nN |
||||||||
|
|
|
|
|
||||
4.1.3. Определение текущих значений мощности
Текущее значение мощности Ne , кВт, определяется по формуле
Ne = Ne max (a |
nе |
+b |
n2 е |
−c |
n3е |
) , кВт , |
(4.13) |
nN |
n2 N |
|
|||||
|
|
|
n3 N |
|
|||
где nе – текущее значение частоты вращения коленчатого вала двигателя,
об/мин.
4.1.4. Определение текущих значений крутящего момента Текущее значение крутящего момента Ме , Н м, определяют по формуле
Ме = 9550 |
Ne |
, Н м, |
(4.14) |
|
|||
|
ne |
|
|
4.1.5. Построение внешней скоростной характеристики двигателя Результаты расчетов по формулам (4.13), (4.14) сводят в табл. 4.1.
18
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.1 |
|
|
Внешняя скоростная характеристика двигателя |
|
|
|||||||
|
|
|
|
ne , об / мин |
|
|
|
|
||
Параметр, |
|
|
|
|
|
|
|
|||
размер- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 nN |
0,2 nN |
0,3 nN |
|
… |
|
nN |
1,1 nN |
|
1,2 nN |
|
ность |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ne , кВт |
… |
… |
… |
|
… |
|
… |
… |
|
… |
Me , Н м |
… |
… |
… |
|
… |
|
… |
… |
|
… |
По данным табл. 4.1 строят внешнюю скоростную характеристику двигателя проектируемого АТС (рис. 4.1).
Минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала для современных двигателей nmin =400÷1000 об / мин [6], поэтому при расчете и построении внешнейскоростнойхарактеристикидвигателяпринимают nmin >400 об/ мин.
На рис. 4.1 показывают следующие характерные точки:
–максимальную эффективную мощность двигателя и соответствующую ей частоту вращения коленчатого вала с указанием числовых значений и размерности;
–максимальный крутящий момент двигателя и соответствующую ему частоту вращения коленчатого вала с указанием числовых значений и размерности;
–минимальную устойчивую частоту вращения коленчатого вала.
Рис. 4.1. Внешняя скоростная характеристика двигателя
19
Ветви внешней скоростной характеристики после срабатывания ограничителя показывают штриховой линией:
– у бензиновых двигателей с ограничителем после ne =0,9 nN ;
– у дизелей после ne =nN .
4.2. Определение передаточных чисел трансмиссии
4.2.1. Определение передаточного числа главной передачи Передаточное число главной передачи i0 определяется из условия обеспе-
чения движения АТС с максимальной скоростью при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя и высших передачах в коробке передач и раздаточной коробки по формуле
|
i0 = 0,105 |
|
nv rk |
|
, |
(4.15) |
|||
|
i |
кв |
V |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
|
где rk |
– радиус качения колеса, м; |
|
|
|
|
|
|
||
iкв |
– передаточное число высшей ступени коробки передач. |
|
|||||||
|
rk = ( |
dn |
+bn Kh ) kдеф..ш. , м , |
(4.16) |
|||||
|
|
||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
где dn |
– посадочный диаметр обода, м; |
|
|
|
|
|
|
||
bn |
– ширина профиля шины, м; |
|
|
|
|
|
|
||
Kh – коэффициент, определяемый отношение высоты профиля шины к его |
|||||||||
|
ширине Kh = 0,9 ÷0,92 ; |
|
|
|
|
|
|
||
kдеф..ш. – коэффициент деформации шин kдеф..ш. |
= 0,95 . |
|
|||||||
Передаточное число высшей ступени коробки передач [3]:
– у легковых АТС классической компоновки, микроавтобусов на их базе, грузовых АТС и автобусов, оснащенных трехвальными коробками передач
iк.в. =1;
20
– у легковых АТС переднеприводной компоновки и микроавтобусов на их базе, оснащенных двухвальными коробками передач iк.в. = 0,95 ÷0,98 или iк.в. =1,03 ÷1,08 .
С целью получения достаточного дорожного просвета и простой конструкции главной передачи рекомендуют [5]:
–для легковых АТС i0 ≤5 ;
–для грузовых АТС грузоподъемностью менее 8 т i0 ≤ 7
–для грузовых АТС грузоподъемностью более 8 т i0 ≤9
4.2.2.Выбор числа ступеней и определение передаточных чисел коробки
передач Основной тенденцией в выполненных конструкциях является увеличение
числа ступеней и диапазона коробки передач при возрастании массы АТС. Передаточное число первой (низшей) ступени коробки передач, если не
установлен диапазон, определяется из необходимости соблюдения трех условий:
1)возможности преодоления автомобилем заданного максимального дорожного сопротивления;
2)возможности реализации максимальной силы тяги по условиям сцепления колес с дорогой;
3)возможности движения с минимальной устойчивой скоростью. Передаточное число первой ступени из условия обеспечения возможно-
сти движения по дороге с заданным максимальным коэффициентом общего дорожного сопротивления рассчитывается по формуле
i1ψ = |
M a g ψmax rk |
, |
(4.17) |
|
|||
|
M e max i0 ηтр |
|
|
где ψmax – максимальный коэффициент общего дорожного сопротивления
ψmax =0,8 .